Устройство для демонстрации работы электродвигателя постоянного тока

(51) С 09 В 23/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Киевский государственный университет им. Т,Г.Шевченко (72) П,И.Дрозд, Л,В.Поперенко и И.А,Шайкевич(56) Авторское свидетельство СССР Ю 1396157, кл. С 09 В 23/18, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ РА" БОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к демонст" рационным устройствам, обеспечиваюБО 1742849 А 1 2щим наглядность при изучении электромагнетизма, и может быть использовано в лекционном демонстрировании по курсу общей физики. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем совместной демонстрации противоЭДС и напряжений питания на электродвигателе. Устройство содержит электродвигатель 1, осциллограф 2, привод 3 вращения с кулачком 4, три пары контактов 5 - 7, источник 8 питания, включатель 9. 1-2-8, 5-6-7, 2"7, 1-6, 5-9, 9-8, 2 ил.Изобретение относится к демонст=1рационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении электромагнетизма, и может быть использовано в лекционном демонстрированиипо курсу общей физики,Известно устройство для демонстрации работы электродвигателя постоян"ного тока, содержащее осциллограф,источник питания два электродвига"теля постоянного тока, на валу одногоиз которых установлен прерывательсигнала в виде диска с кулачком длявоздействия на две контактные пары,Недостаток известного устройстваограниченные функциональные возможности, а именно невозможность одновременно индуцировать три рабочихнапряжения: падения напряжения на работающем двигателе источника питания, возникающей противоЭДС.Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностейпутем совместной демонстрации противоЭДС и напряжений питания на электродвигателе. В устройство, содержащее источник питания, демонстрационный электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом, привод вращения (напри-. мер, электродвигатель), на валу ко;торого установлен прерыватель сигнала в виде диска с кулачком для воз" действия на две контактные пары, до" полнительно введена третья контактная пара, установленная под углом 90 к одной из двух контакных пар в плоскости, перпендикулярной к валу привода вращения, на одинаковом расстоянии от вала, а диск для воздействия на контактные пары выполнен с кулачком по четверти окружности, и одни клеммы каждой из трех контактных пар соединены между собой, а другие соединены соответственно с первым входом осциллографа, первой клеммой испытуемого электродвигателя и одним из полюсов источника питания, а второй вход осциллографа и вторая клемма испытуемого электродвигателя соединены между собой, и к ним через включатель подсоединен второй полюс источника питания, причем время скоммутации контактных групп и электро механическая постоянная времени Т эм электродвигателя определяются соотношением Тэм8 ком50 55 мой выполнения кулачка на валу привода вращения, соотношением между временем коммутации йо, контакных пар и электромеханической постояннойвремени Т электродвигателя (тм -8 кКонтактная пара установлена подуглом 90 к одной из двух контактныхпар, а кулачок привода вращения имеетвыступ по четверти оркужности, что За счет взаимного размещения трехконтактных пар и их электрическогосоединения с источником питания,электродвигателем и осциллографом,формы кулачка диска и выполнениятремя контактными парами при вращении диска с кулачком по четверти окружности на валу вспомогательного 1 О электродвигателя на экране осцилло"графа последовательно во времени индуцируются три величины напряжений;источника питания, индуцируемой противоЭДС, падения напряжения на клеммах электродвигателя постоянноготока.При увеличении механической наг"рузки на вал электродвигателя 1 скорость вращения якоря уменьшается, д) поэтому уменьшается противоЭДС, азначение падения напряжения на работающем электродвигателе 1 увеличивается при неизменной величине напряжения на источнике питания, Причем д всегда выполняется соотношение11( противо,э.д.е 0 ъиектоодвитатеь Я ) фтак как Бпротиьо элс+ ОэиектРоАвиызель,Е источ = сопз а противо Эдсэлектрод ви гате ьЯ фф ЗО падение напряжения внутри источникамало. За счет быстрого вращения валаиспытуемого электродвигателя занесколько его оборотов в течениевремени равного С м коммутации З 5 контактных пар (десятые доли секунды), когда на электродвигательне подается напряжение от источника,не происходит мгновенная остановкавала и фактически за счет его инерции и запасенной кинетической энер". гии угловая скорость вращения при высокой электромеханической постоян" ной Тд электродвигателя меняется незначительно.Таким образом, устройство имеет дополнительную контактную пару,отличается взаимным размещением под углом 90 о трех контактных пар, форпитания не подается и на экране осциллографа 2 наблюдают индуцируемую электродвигателем 1 противоЭЯГ. 8 этом случае электродвигатель 1 за счет большой его электромеханической постоянной времени Твращается по инерции и работает как генератор постоянного тока, выдавая на экране осциллографа 2 напряжение БотиПри замкнутых контактных парах 5 и 7 и разомкнутом контакте 7 питание на электродвигатель 1 уже подается и электродвигатель продолжает вращаться, наращивая скорость оборотов своего вала, а на экране осциллографа демонстрируется нуль-сигнал,При замыкании контактов 5 и 7 и разомкнутом контакте 7 на экране осциллографа визуализируется напряжение источника 8 питания при вновь отключенном от него электродвигателе 1, но продолжающем вращаться по инерции, как прежде, до момента, когда контакты 5 - 7 станут замкнутыми и вновь к электродвигателю подключится напряжение от источника 8 питания,Яа время коммутации С ц контактных групп (примерно за несколько десятых долей секунды) происходит уменьшение числа оборотов на несколько десятков при известном типичном номинальном параметре малогабаритного электродвигателя постоянного тока числе оборотов в минуту - порядка 3000 - 4000 об/мин (как, например,для электродвигателя с сердечником якоря и его обмоткой выполняют рольмаховика, условие Т) 8 е, выполняется. За счет этого предлагаемоеустройство позволяет при непрерывномвращении якоря электродвигателя 1наглядно представить величины напряжения источника питания, индуцируемыев обмотке якоря, противоЭДС, падениянапряжения на клеммах работающегоэлектродвигателя 1 и зависимость этинапряжений и противоЭДС от величинынагрузки на валу электродвигателя,что повышает уровень восприятия учащимися явления электромагнитной индукць;применительно к работе электродвигателя постоянного тока,Формула изобретенияУстройство для демонстрации работьэлектродвигателя постоянного тока, содержащее привод вращения с установленным на его оси кулацком, две пары 5 1742849 6ведет к одновременной индикации трехрабочих напряжений: падения напряжения на испытуемом электродвигателенапряжение источника питания, индуцируемой противоЭДС и их взаимномуизменению при изменении механическойнагрузки на валу электродвигателя,Такая индикация возможна в связи свыполнением функции размыкание .- за 10мыкание трех контактных пар, одниклеммы каждой из которых соединенымежду собой; а другие - соответственно с первым входом осциллографа,первой клеммой испытуемого электродвигателя и одним из полюсов источника питания, а вторая клемма испытуемого электродвигателя и второй полюсисточника электрически соединенымежду собой, т,е, вид подключенияэлектрических деталей и их взаимосвязь в предлагаемом устройстве от,"личны от известных.На фиг.1 представлены кинетические и электрическая схемы устройст"ва; .на фиг,2 - эквивалентная электрическая схема.Устройство для демонстрации работы электродвигателя постоянноготока содержит демонстрационныйэлектродвигатель 1, осциллограф 2,привод 3 вращения диска с кулацкомзакрепленным на оси., Электроконтакты 5 - 7 жестко закреплены свозможностью взаимодействия с кулачком 4, Источник 8 питания через включатель 9 соединен первым полюсом с первымвыводом электродвигателя 1 и первым вы"водом осциллографа 2. Второй полюс источника 8 питания через электроконтакты5 и 6 подключен к второму выводу 10электродвигателя 1 и второй вывод осциллографа 2 связан с электроконтактом 7 Время коммутации с ом контактных пар и электромеханическаяпостоянная Тэлектродвигателя определяются соотношением Т, 8 с щУстройство работает следующим образом.Включают привод 3 и включатель 9,и кулачок 4 начинает вращаться, воздействуя на контакты 5 - 7. Когдавсе контакты 5 - 7 замкнуты, на экране осциллографа 2 демонстрируется напряжение на клеммах работающего электродвигателя 1. 55При замыкании контактов 7 и 7 иразомкнутом контакте 5 на электродвигатель 1 напряжение с источника 8Составитель Л.Прохороваехред И.Иоргентал Корректор С.Ч Редактор И.Ы Заказ 2287 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изобретени113035, Москва, Ж, Рауаская Подписноеи открытиям при ГКНТ ССб., д. 45 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород гарина, 1 О 7 . 1742849 8/контактов, установленных с возможнос- демонстрации противоЭДС и напряжениитью взаимодействия с выступом кулачка, питания на электродвигателе, выступисточник постоянного тока, первым кулачка выполнен величиной в четвертьвыводом соединенный с первыми вывода- дуги его окружности, дополнительноми электродвигателя и регистрирующего введена третья пара контактов, раз 5оприбора, второй вывод источника пос- мещенная под углом 90 по отношениютоянного тока соединен с первым выво- к второй паре контактов и установ"дом первой пары контактов, а первый ленная с возможностью взаимодействиявывод второй пары контактов соединен 1 О с выступом кулачка, причем первыйс вторым выводом регистрирующего вывод третьей пары контактов соединенприбора, о т л и ч а ю щ е е с я тем с вторым выводом электродвигателя, ачто, с целью расширения демонстра- вторые выводы всех пар контактовционных возможностей путем совместной объединены.1